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1、第四章第四章 抗信道衰落技术及语音编码抗信道衰落技术及语音编码4.1 4.1 分集分集4.2 4.2 均衡均衡4.3 4.3 信道编码信道编码4.4 4.4 智能天线智能天线4.5 4.5 语音编码技术语音编码技术移动通信中传播环境非常恶劣、复杂：移动通信中传播环境非常恶劣、复杂：n路径损耗路径损耗n阴影衰落阴影衰落n多径衰落多径衰落n多普勒频移多普勒频移这些衰落影响通信质量，对调制技术来说负面响应也很强。所以对于移动这些衰落影响通信质量，对调制技术来说负面响应也很强。所以对于移动通信系统我们只能用信号技术来改进其恶劣的传播环境。通信系统我们只能用信号技术来改进其恶劣的传播环境。移动信道属于时
2、变信道，接收信号的功率损耗可以表示为移动信道属于时变信道，接收信号的功率损耗可以表示为r为收发信机之间的距离；为收发信机之间的距离；n一般取值为一般取值为3 34 4。增大发射功率，以调增大发射功率，以调高接收信号的场强。高接收信号的场强。“宏分集宏分集”，六角形，六角形蜂窝的顶角设计基站。蜂窝的顶角设计基站。(1)“(1)“微分集微分集”，补偿多径衰落信道损耗，通常通，补偿多径衰落信道损耗，通常通过两个或多个接收天线实现过两个或多个接收天线实现(2)(2)均衡技术，削弱由于多径效应引起码间干扰均衡技术，削弱由于多径效应引起码间干扰(3)(3)差错控制编码技术，检测差错控制编码技术，检测/纠正
3、部分纠正部分/全部误码全部误码4.1 4.1 分集技术分集技术n分集技术分集技术(Diversity Techniques)(Diversity Techniques)主要研究如何利主要研究如何利用多径信号来改善系统的性能。用多径信号来改善系统的性能。n是通信技术中一种用较低费用就可以大幅度地改进是通信技术中一种用较低费用就可以大幅度地改进无线通信的有效接收技术。无线通信的有效接收技术。显分集：显分集：构成明显分集信号的传输方式，多指利用多付天构成明显分集信号的传输方式，多指利用多付天线接收信号的分集。线接收信号的分集。隐分集：隐分集：分集作用隐含在传输信号之中的方式，在接收端分集作用隐含在传
4、输信号之中的方式，在接收端利用信号处理技术实现分集，隐分集只需一付天线来接收利用信号处理技术实现分集，隐分集只需一付天线来接收信号的分集，因此在数字移动通信中得到了广泛应用。信号的分集，因此在数字移动通信中得到了广泛应用。分为两大类：分为两大类：4.1.1 4.1.1 分集接收原理分集接收原理所谓所谓分集接收分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独立互相独立(携带同一信息携带同一信息)的信号进行特定的处理，的信号进行特定的处理，以以降低信号电平起伏的办法。降低信号电平起伏的办法。一、定义一、定义基本思想基本思想：将接收到的多径信号：将接收到的多径信号分
5、离分离成独立的多路信成独立的多路信号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并合并起来，使接收的起来，使接收的有用信号有用信号能量最大，使接收的数字信能量最大，使接收的数字信号误码率最小。号误码率最小。选择式分集合并示意图选择式分集合并示意图二、两重含义二、两重含义分集接收技术包括两个方面：分集接收技术包括两个方面：(1)(1)如何把接收到的多径信号如何把接收到的多径信号分离分离成独立的多路信号。成独立的多路信号。(2)(2)怎样将这些多路分离信号的能量按一定规则怎样将这些多路分离信号的能量按一定规则合并合并起来，使接收的有用信号能量最大，以降低衰落
6、的起来，使接收的有用信号能量最大，以降低衰落的影响。影响。4.1.2 4.1.2 分集方式分集方式在移动通信系统中可能用到两类分集方式：在移动通信系统中可能用到两类分集方式：n“宏分集宏分集”；n“微分集微分集”。一、宏分集一、宏分集“宏分集宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，主要用于蜂窝通信系统中，也称为也称为“多基多基站站”分集分集。n是一种减小是一种减小慢衰落慢衰落影响的分集技术，影响的分集技术，其作法是把多其作法是把多个基站设置在不同的地理位置上个基站设置在不同的地理位置上(如蜂窝小区的对角上如蜂窝小区的对角上)和在不同方向上，和在不同方向上，同时和小区内的一个移动台进行同时和小区内的一个
7、移动台进行通信通信(可以选用其中信号最好的一个基站进行通信可以选用其中信号最好的一个基站进行通信)。n 显然，显然，只要在各个方向上的信号传播不是同时受到只要在各个方向上的信号传播不是同时受到阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落阴影效应或地形的影响而出现严重的慢衰落(基站天线基站天线的架设可以防止这种情况发生的架设可以防止这种情况发生)，这种办法就能保持这种办法就能保持通信不会中断。通信不会中断。慢衰落慢衰落(Slow Fading)Slow Fading)在移动通信传播环境中，电波在传播路在移动通信传播环境中，电波在传播路径上遇到起伏的山丘、建筑物、树林等障碍物阻挡，形成电径上遇到起伏的山
8、丘、建筑物、树林等障碍物阻挡，形成电波的阴影区，就会造成信号场强中值的缓慢变化，引起衰落。波的阴影区，就会造成信号场强中值的缓慢变化，引起衰落。通常把这种现象称为通常把这种现象称为阴影效应阴影效应，由此引起的衰落又称为，由此引起的衰落又称为阴影阴影慢衰落慢衰落。另外，由于气象条件的变化，电波折射系数随时间。另外，由于气象条件的变化，电波折射系数随时间的平缓变化，使得同一地点接收到的信号场强中值也随时间的平缓变化，使得同一地点接收到的信号场强中值也随时间缓慢地变化。但因为在陆地移动通信中随着时间的慢变化远缓慢地变化。但因为在陆地移动通信中随着时间的慢变化远小于随地形的慢变化，因而常常在工程设计中
9、忽略了随时间小于随地形的慢变化，因而常常在工程设计中忽略了随时间的慢变化，而仅考虑随地形的慢变化。的慢变化，而仅考虑随地形的慢变化。慢衰落又叫阴影衰落；服从正态分布慢衰落又叫阴影衰落；服从正态分布(高斯分布高斯分布)。波峰与波。波峰与波峰之间一般峰之间一般12-1812-18个波长。个波长。补充：补充：快衰落快衰落(Fast Fading)(Fast Fading)主要由于多径传播而产生的衰落，由于主要由于多径传播而产生的衰落，由于移动体周围有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传移动体周围有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传播，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快播，使到
10、达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快速的起伏变化，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平速的起伏变化，它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，故称它为的均值变化而产生的损耗，其变化率比慢衰落快，故称它为快衰落，由于快衰落表示接收信号的短期变化，所以又称短快衰落，由于快衰落表示接收信号的短期变化，所以又称短期衰落期衰落(short-term fading(short-term fading）快衰落又叫多径衰落；服从瑞利分布。波峰与波峰之间一般快衰落又叫多径衰落；服从瑞利分布。波峰与波峰之间一般1/21/2个波长。个波长。二、微分集二、微分集n“微
11、分集微分集”是一种减小是一种减小快衰落快衰落影响的分集技术，影响的分集技术，在各种无线通信系统中都经常使用。在各种无线通信系统中都经常使用。理论和实践都理论和实践都表明，表明，在空间、在空间、频率、频率、极化、极化、场分量、场分量、角度及角度及时间等方面分离的无线信号，时间等方面分离的无线信号，都呈现互相独立的衰都呈现互相独立的衰落特性。落特性。n据此，微分集又可分为下列六种：空间分集、频据此，微分集又可分为下列六种：空间分集、频率分集、时间分集、极化分集、场分量和角度分集。率分集、时间分集、极化分集、场分量和角度分集。1 1、空间分集、空间分集空间分集空间分集，也被称为，也被称为天线分集天线
12、分集，是无线通信中使用最多，是无线通信中使用最多的分集形式。的分集形式。n空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意空间分集的依据在于快衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。n为此，空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为为此，空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d d的天线，间隔距离的天线，间隔距离d d与工作波长、地物及天线高度有关，与工作波长、地物及天线高度有关，在移动信道中，在移动信道中，通常取：通常取：
13、市区市区 d=0.5郊区郊区d=0.8空间分集示意图空间分集示意图对于空间分集而言，分集的支路数对于空间分集而言，分集的支路数M M越大，分集的效果越好。但当越大，分集的效果越好。但当M M较大时较大时(如如M3),M3),分集的复杂性增加，分集增益的增加随着分集的复杂性增加，分集增益的增加随着M M的增大而变得缓慢。的增大而变得缓慢。在在满满足足上上式式的的条条件件下下，两两信信号号的的衰衰落落相相关关性性已已很很弱；弱；d d越大，越大，相关性就越弱。相关性就越弱。由上式可知，在由上式可知，在900MHz900MHz的频段工作时，两副天线的的频段工作时，两副天线的间隔也只需间隔也只需0.2
14、7m0.27m。2 2、频率分集、频率分集n由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的落可以认为是不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。频率传输同一信息，以实现频率分集。n根据相关带宽的定义，即根据相关带宽的定义，即式中，式中，为延时扩展。为延时扩展。n例如，市区中例如，市区中=3s,Bc约为约为53kHz。n这这样样频频率率分分集集需需要要用用两两部部以以上上的的发发射射机机(频频率率相相隔隔53kHz53kHz以以上上)同同时时发发送送同同一一信信号号，并并用用两两部部
15、以以上上的的独独立立接收机来接收信号。接收机来接收信号。n它不仅使设备复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。它不仅使设备复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。n优点是结构紧凑，节省空间。优点是结构紧凑，节省空间。3 3、时间分集、时间分集n同同一一信信号号在在不不同同的的时时间间区区间间多多次次重重发发，只只要要各各次次发发送送的的时时间间间间隔隔足足够够大大，那那么么各各次次发发送送信信号号所所出出现现的的衰衰落落将将是是彼彼此此独独立立的的，接接收收机机将将重重复复收收到到的的同同一一信信号号进进行合并，就能减小衰落的影响。行合并，就能减小衰落的影响。n时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号
16、。时间分集主要用于在衰落信道中传输数字信号。n 此此外外，时时间间分分集集也也有有利利于于克克服服移移动动信信道道中中由由多多普普勒勒效应引起的信号衰落现象。效应引起的信号衰落现象。由由于于它它的的衰衰落落速速率率与与移移动动台台的的运运动动速速度度及及工工作作波波长长有有关关，因因而而为为了了使使重重复复传传输输的的数数字字信信号号具具有有独独立立的的特特性性，必必须须保保证证数数字字信信号号的的重重发发时时间间间间隔隔满满足足以以下下关系：关系：fm为衰落频率，为衰落频率，v为移动台运动速度，最后一个参为移动台运动速度，最后一个参数为工作波长。数为工作波长。与空间分集相比较：与空间分集相比
17、较：n优点是减少了接收天线及相应设备的数目。优点是减少了接收天线及相应设备的数目。n缺点是占用时隙资源，增大了开销，降低了传输效率。缺点是占用时隙资源，增大了开销，降低了传输效率。若移动台是静止的，则移动速度若移动台是静止的，则移动速度v=0v=0，此时要求，此时要求重复发送的时间间隔才为无穷大。这表明时间分重复发送的时间间隔才为无穷大。这表明时间分集对于静止状态的移动台是无效果的。集对于静止状态的移动台是无效果的。4 4、极化分集、极化分集n由由于于两两个个不不同同极极化化的的电电磁磁波波具具有有独独立立的的衰衰落落特特性性，所所以以发发送送端端和和接接收收端端可可以以用用两两个个位位置置很
18、很近近但但为为不不同同极极化化的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。的天线分别发送和接收信号，以获得分集效果。n极极化化分分集集可可以以看看成成空空间间分分集集的的一一种种特特殊殊情情况况，它它也也要要用用两两副副天天线线(二二重重分分集集情情况况)，但但仅仅仅仅是是利利用用不不同同极极化化的的电电磁磁波波所所具具有有的的不不相相关关衰衰落落特特性性，因因而而缩缩短短了了天天线线间间的的距离。距离。n在在极极化化分分集集中中，由由于于射射频频功功率率分分给给两两个个不不同同的的极极化化天天线，线，因此发射功率要损失因此发射功率要损失3dB3dB。n由由电电磁磁场场理理论论可可知知，电电磁磁
19、波波的的E E场场和和H H场场载载有有相相同同的的消消息息，而反射机理是不同的。而反射机理是不同的。n例例如如，一一个个散散射射体体反反射射E E波波和和H H波波的的驻驻波波图图形形相相位位差差9090，即当，即当E E波为最大时，波为最大时，H H波为最小。波为最小。n在在移移动动信信道道中中，多多个个E E波波和和H H波波叠叠加加，结结果果表表明明EZ、HX和和HY的的分分量量是是互互不不相相关关的的，因因此此，通通过过接接收收三三个个场场分分量量，也也可可以获得分集的效果。以获得分集的效果。n场场分分量量分分集集不不要要求求天天线线间间有有实实体体上上的的间间隔隔，因因此此适适用用
20、于于较较低低工工作作频频段段(例例如如低低于于100MHz)。当当工工作作频频率率较较高高时时(800900MHz)，空间分集在结构上不容易实现。，空间分集在结构上不容易实现。n场场分分量量分分集集和和空空间间分分集集的的优优点点是是这这两两种种方方式式不不像像极极化化分分集那样要损失集那样要损失3 dB3 dB的辐射功率。的辐射功率。5 5、场分量分集、场分量分集n电场（电场（E E场）产生于两个具有不同电位的导体之间。场）产生于两个具有不同电位的导体之间。电场的单位为电场的单位为V/mV/m，电场强度正比于导体之间的电压，电场强度正比于导体之间的电压，反比于两导体间的距离。反比于两导体间的
21、距离。n磁场（磁场（H H场）产生于载流导体的周围，磁场的单位为场）产生于载流导体的周围，磁场的单位为A/mA/m，磁场正比于电流，反比于离开导体的距离。，磁场正比于电流，反比于离开导体的距离。n当交变电压通过网络导体产生交变电流时，产生电磁当交变电压通过网络导体产生交变电流时，产生电磁（EMEM）波，）波，E E场和场和H H场互为正交，同时传播。场互为正交，同时传播。n由由于于地地形形地地貌貌和和建建筑筑物物等等环环境境的的不不同同，信信号号在在传传输输过过程程中中，由由于于受受地地形形地地貌貌等等环环境境的的影影响响，接接收收到到的的信信号号经经过几个路径到达天线，每个路径有不同的到达角
22、。过几个路径到达天线，每个路径有不同的到达角。n在在接接收收端端，采采用用方方向向性性天天线线，分分别别指指向向不不同同的的信信号号到到达达的的方方向向，则则每每个个方方向向性性天天线线接接收收到到的的信信号号是是不不相相关关的的，因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。因而可以实现角度分集并获得抗衰落的效果。n角度分集也是空间分集的一个特例。角度分集也是空间分集的一个特例。6 6、角度分集、角度分集4.1.3 4.1.3 合并方式合并方式n接收端收到接收端收到M(M2)M(M2)个分集信号后，个分集信号后，如何利用这如何利用这些信号以减小衰落的影响，些信号以减小衰落的影响，这就是合并问题。这
23、就是合并问题。n一般均使用线性合并器，一般均使用线性合并器，把输入的把输入的M M个独立衰落个独立衰落信号相加后合并输出。信号相加后合并输出。假假设设M M个个输输入入信信号号电电压压为为r1(t)，r2(t),，rM(t)，则则合合并并器器输出电压输出电压r(t)为为 式中，式中，ak为第为第k个信号的加权系数。个信号的加权系数。选择不同的加权系数，选择不同的加权系数，就可构成不同的合并方式。就可构成不同的合并方式。选择式合并选择式合并是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪是检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。在选择式比最高的那一个支路的信号作为
24、合并器的输出。在选择式合并器中，加权系数只有一项为合并器中，加权系数只有一项为1 1，其余均为，其余均为0 0。1 1、选择式合并、选择式合并M M个支路的中频信号分别经过解调，然后作信噪比比个支路的中频信号分别经过解调，然后作信噪比比较，选择其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用较，选择其中有较高信噪比的支路接到接收机的共用部分。部分。选择式合并又称选择式合并又称开关式相加开关式相加。这种方式方法简单，。这种方式方法简单，实现容易。但由于未被选择的支路信号弃之不用，实现容易。但由于未被选择的支路信号弃之不用，因此抗衰落不如后述两种方式。因此抗衰落不如后述两种方式。最最大大比比值值合合并并是是
25、一一种种最最佳佳合合并并方方式式，为为了了书书写写简简便便，每每一一支支路路信信号号包包络络rk(t)用用rk表表示示。每每一一支支路路的的加加权权系系数数ak与与信信号号包络包络rk成正比而与噪声功率成正比而与噪声功率Nk成反比，即成反比，即 由此可得最大比值合并器输出的信号包络为由此可得最大比值合并器输出的信号包络为 式中，下标式中，下标R R是表征最大比值合并方式。是表征最大比值合并方式。2 2、最大比值合并、最大比值合并最大比值合并方式最大比值合并方式 等等增增益益合合并并无无需需对对信信号号加加权权，各各支支路路的的信信号号是是等等增增益益相相加的，其方框图如图所示。加的，其方框图如
26、图所示。3 3、等增益合并、等增益合并等增益合并器输出的信号包络为等增益合并器输出的信号包络为 式中，下标式中，下标E E表征等增益合并。表征等增益合并。与选择性合并非常相似，但它不是总采用与选择性合并非常相似，但它不是总采用M M个支路中信个支路中信号最好的支路，而是以一个固定顺序扫描号最好的支路，而是以一个固定顺序扫描M M个支路，直个支路，直到发现某一支路的信号超过了预置的阈值，便选中这到发现某一支路的信号超过了预置的阈值，便选中这路信号送至接收机。如下图所示路信号送至接收机。如下图所示4 4、开关式合并、开关式合并二重开关式合并示意图二重开关式合并示意图该分集方式也称为扫描式分集该分集
27、方式也称为扫描式分集(Scanning Diversity)(Scanning Diversity)或者反馈分集，该方式的优点是仅适用一套接收设备，或者反馈分集，该方式的优点是仅适用一套接收设备，非常易于实现。与其它方法相比，它的抗衰落统计特非常易于实现。与其它方法相比，它的抗衰落统计特性稍差一些。性稍差一些。开关式合并的输出包络开关式合并的输出包络 4.1.4 4.1.4 分集合并性能的分析与比较分集合并性能的分析与比较众所周知，在通信系统中信噪比是一项很重要的性众所周知，在通信系统中信噪比是一项很重要的性能指标。能指标。在模拟通信系统中，信噪比决定了话音质量；在数字在模拟通信系统中，信噪比
28、决定了话音质量；在数字通信系统中，信噪比通信系统中，信噪比(或载噪比或载噪比)决定了误码率。决定了误码率。分集合并的性能系指合并前、后信噪比的改善程度。分集合并的性能系指合并前、后信噪比的改善程度。三种合并方式的D(M)与M关系曲线从上图中可以看出最大比值合并改善最多，其次是等增从上图中可以看出最大比值合并改善最多，其次是等增益合并，两者的效果相差益合并，两者的效果相差1dB1dB左右，最差的是选择式合左右，最差的是选择式合并。这是因为选择式合并只利用其中一个信号，其余信并。这是因为选择式合并只利用其中一个信号，其余信号没有被利用，而前两者使各支路信号的能量都得到利号没有被利用，而前两者使各支
29、路信号的能量都得到利用。用。根据实际需要，系统在上下行链路上可采用一致或不一根据实际需要，系统在上下行链路上可采用一致或不一致的分集合并方式，如软切换的下行合并采用最大比值致的分集合并方式，如软切换的下行合并采用最大比值合并，上行采用选择式合并；或软切换中上下行都采用合并，上行采用选择式合并；或软切换中上下行都采用最大比值合并。最大比值合并。分集接收之后，误码率将会得到改善，下图所示的分集接收之后，误码率将会得到改善，下图所示的是速率为是速率为16kbit/s16kbit/s的的GMSK()GMSK()信号的实验结果。信号的实验结果。瑞利衰落中GMSK有无分集时误码性能从上图中可以看出，若要求
30、误码率为从上图中可以看出，若要求误码率为 ，则在瑞利衰落，则在瑞利衰落的环境下，无分集时所需的载噪比为的环境下，无分集时所需的载噪比为32dB32dB。使用选择式分。使用选择式分级后，需要的载噪比级后，需要的载噪比(信噪比信噪比)为为18dB,18dB,因此可获得因此可获得14dB14dB的好的好处，可见其改善程度是很大的。处，可见其改善程度是很大的。所以，在基站一般均采用二重空间分集接收，好处可达所以，在基站一般均采用二重空间分集接收，好处可达10dB10dB左右。左右。对于不同调制的信号其误码性能略有不同，但分集所获得对于不同调制的信号其误码性能略有不同，但分集所获得增益大致在此值上下。增
31、益大致在此值上下。从图中可以看出，若要求误码率为从图中可以看出，若要求误码率为 ，则好处只有，则好处只有6-7dB6-7dB。4.1.5 4.1.5 隐分集技术隐分集技术n隐分集技术，是指只用一副天线接收信号来实现隐分集技术，是指只用一副天线接收信号来实现分集的技术。分集的技术。n分集作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收分集作用是隐含在传输信号的方式中，而在接收端利用信号处理技术实现分集。端利用信号处理技术实现分集。n交织编码技术：抗深衰落，抗突发干扰交织编码技术：抗深衰落，抗突发干扰n跳频技术：抗多径，抗衰落，抗干扰跳频技术：抗多径，抗衰落，抗干扰n直接序列扩频技术：抗多径，抗衰落，抗干扰
32、直接序列扩频技术：抗多径，抗衰落，抗干扰包括：包括：4.2 4.2 均衡技术均衡技术n在移动环境中，由于信道的时变多径传播特性，引起在移动环境中，由于信道的时变多径传播特性，引起了严重的码间干扰，这就需要采用均衡技术来克服码了严重的码间干扰，这就需要采用均衡技术来克服码间干扰。间干扰。n均衡技术均衡技术是指各种用来处理码间干扰是指各种用来处理码间干扰(ISI)(ISI)的算法和的算法和实现方法。实现方法。均衡有两个基本途径：均衡有两个基本途径：n一为一为频域均衡频域均衡，它使包括均衡器在内的整个系统的，它使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件。总传输函数满足无失真传输的条件
33、。n第二个均衡途径为第二个均衡途径为时域均衡时域均衡，就是直接从时间性响，就是直接从时间性响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件。足无码间串扰的条件。目前，广泛采用横向滤波器来实现，它可以根据信道特性的变化而不断地进行调整，实现比目前，广泛采用横向滤波器来实现，它可以根据信道特性的变化而不断地进行调整，实现比频域方便，性能一般也比频域好故得到了广泛的应用。特别是在时变的移动信道中，几乎都频域方便，性能一般也比频域好故得到了广泛的应用。特别是在时变的移动信道中，几乎都采用时域的实现方式，因此仅讨论时域均衡。采用时域的实现方
34、式，因此仅讨论时域均衡。移动信道具有随机性和时变性，均衡器必须能够实时跟移动信道具有随机性和时变性，均衡器必须能够实时跟踪移动通信信道的时变特性，又被称为踪移动通信信道的时变特性，又被称为自适应均衡器自适应均衡器。自适应均衡器一般包含两种工作模式：训练模式和跟自适应均衡器一般包含两种工作模式：训练模式和跟踪模式。踪模式。首先，发射机发射一个己知的定长的训练序列，以便接首先，发射机发射一个己知的定长的训练序列，以便接收机处的均衡器可以做出正确的设置。典型的训练收机处的均衡器可以做出正确的设置。典型的训练序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位
35、，而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据。数据位，而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据。而在接收数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪而在接收数据时，均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道，自适应均衡器将不断改变其滤波不断变化的信道，自适应均衡器将不断改变其滤波特性。特性。为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期性的做重复训练。在数字通信系统中用户数据是被性的做重复训练。在数字通信系统中用户数据是被分为若干段并被放在相应的时间段中传送的，每当分为若干段并被放在相应的时间段中传送的，每当收到新的时间段，均衡器将用同样的训练序列进行收到新的时间段，均衡器将用
36、同样的训练序列进行修正。修正。均衡器常被放在接收机的基带或中频部分实现。因为基带包均衡器常被放在接收机的基带或中频部分实现。因为基带包络的复数表达式可以描述带通信号的波形，所以信道响应，络的复数表达式可以描述带通信号的波形，所以信道响应，解调新号和自适应均衡器的算法通常都可以在基带部分被仿解调新号和自适应均衡器的算法通常都可以在基带部分被仿真和实现。真和实现。调制器发射机无线信道接收机前端中频部分检测器匹配滤波器判决器均衡器-+原始基带信号x（t）等效噪声n0（t）f（t）重建的信息数据d（t）f（t）=发射机、信道和接收机的射频、中频部分的合成冲激响应y(t)e(t)d(t)采用自适应均衡器
37、的通信系统采用自适应均衡器的通信系统在一个通信系统中，我们可以将发射机（含调制器）、在一个通信系统中，我们可以将发射机（含调制器）、信道和接收机信道和接收机(含接收机前端、中频和检测器中的匹配含接收机前端、中频和检测器中的匹配滤波器滤波器)等效为一个冲激响应为等效为一个冲激响应为f(t)的基带信道滤波器。的基带信道滤波器。假定发端的信号为假定发端的信号为x(t)，则接收端的均衡器接收到的信，则接收端的均衡器接收到的信号为号为对于一个横向滤波式的均衡器，对于一个横向滤波式的均衡器，其冲激响应可以其冲激响应可以表示为表示为式中式中,cN是均衡器的复系数。是均衡器的复系数。设均衡器的冲激响应为设均衡
38、器的冲激响应为heq(t)，则均衡器的输出为则均衡器的输出为 假假定定系系统统中中没没有有噪噪声声，即即Nb(t)=0,则则在在理理想想情情况况下下，应应有有 ,在在这这种种情情况况下下没没有有任任何何码码间间干干扰扰。为为了了使使 成立，成立，g(t)g(t)必须满足下式：必须满足下式：该式就是均衡器要达到的目标，该式就是均衡器要达到的目标，在频域中上式可以表示为在频域中上式可以表示为均衡技术的分类均衡技术的分类均衡器线性均衡器非线性均衡器横向格型最大似然符号检测判决反馈均衡器最大似然序列估计横向格型横向信道预测迫零LMSRLS快速RLS均方根RLS梯度RLSLMSRLS快速RLS均方根RL
39、S梯度RLSLMSRLS快速RLS均方根RLS类型结构算法RLS：Recursiveleastsquare递归最小二乘线性横向滤波器型结构在该均衡器中，有在该均衡器中，有 均衡器的任务是在输入波形给定的条件下（即给定均衡器的任务是在输入波形给定的条件下（即给定初始值），求解最佳抽头增益系数初始值），求解最佳抽头增益系数 。一般地说，横向均衡器的抽头越多，控制范围越大，一般地说，横向均衡器的抽头越多，控制范围越大，均衡的效果就越好。但抽头越多，成本越高，调整均衡的效果就越好。但抽头越多，成本越高，调整也越困难，太多的抽头是不现实的。也越困难，太多的抽头是不现实的。GSMGSM中中的的训训练练序序
40、列列已已在在表表中中给给出出，在在具具体体实实现现过过程程中中，考考虑虑到到信信道道冲冲激激响响应应的的宽宽度度和和定定时时抖抖动动等等问问题题，仅仅利利用用26bit26bit长长的的训训练练序序列列中中的的16bit16bit来来进进行行相相关关运运算。训练序列在算。训练序列在GSMGSM帧结构中的位置如图所示。帧结构中的位置如图所示。GSM时隙结构4.3 4.3 信道编码信道编码n根根据据一一定定的的规规律律，在在待待发发送送的的信信息息码码元元中中加加入入一一些些冗冗余余的码元，以换取信息码元在传输中的可靠性。的码元，以换取信息码元在传输中的可靠性。n信源待发送的码元为信源待发送的码元
41、为信息码元信息码元。n加入的冗余码元为加入的冗余码元为监督（冗余）码元监督（冗余）码元。n信信道道编编码码的的目目的的是是以以加加入入最最少少的的冗冗余余码码元元为为代代价价，换换取取信息传输的最大可靠性。信息传输的最大可靠性。n按按照照加加入入冗冗余余码码元元的的规规律律，信信道道编编码码可可分分为为线线性性和和非非线线性两大类，分别称为线性码和非线性码。性两大类，分别称为线性码和非线性码。n按照监督码的功能，分为检错码和纠检码。按照监督码的功能，分为检错码和纠检码。n线线性性分分组组码码：按按照照代代数数规规律律构构造造，故故又又称称为为代代数数码码。一一般般记记为为(n,k)(n,k)。
42、k k为为信信息息码码元元的的长长度度，n n码码组组长长度度。编编译译码码时时以以k k个信息位为一组进行。包括：汉明码，循环个信息位为一组进行。包括：汉明码，循环(BCH)(BCH)码。码。n卷卷积积码码：是是一一种种非非分分组组的的有有记记忆忆编编码码。是是以以编编码码规规则则遵遵从从卷卷积积运运算算而而得得名名。一一般般记记为为(n,k,m)(n,k,m)。其其中中k k为为每每次次输输入入到到卷卷积积编编码码器器的的bitbit数数，n n为为每每个个k k元元组组码码字字对对应应的的卷卷积积码码输输出出n n元元组组码码字字，N N约约束束长长度度，也也称称为为为为卷卷积积编编码码
43、器器的的k k元元组组的的级数。级数。n在在数数字字移移动动通通信信中中，GSMGSM和和IS-95IS-95主主要要采采用用卷卷积积码码，在在第第三代移动通信中，语音采用卷积码，数据采用三代移动通信中，语音采用卷积码，数据采用TURBOTURBO码。码。一、信道模型一、信道模型n随机信道随机信道是指数据流在其中传输时会受到随机噪声的干扰，是指数据流在其中传输时会受到随机噪声的干扰，使高低电平的码元在信道输出端产生电平失真，导致接收端使高低电平的码元在信道输出端产生电平失真，导致接收端解码时发生码元值的误判决，形成误码。解码时发生码元值的误判决，形成误码。n突发信道：突发信道：传输通道中常有一
44、些瞬间出现的短脉冲干扰，传输通道中常有一些瞬间出现的短脉冲干扰，它们引起的不是单个码元误码，而往往是一串码元内存在大它们引起的不是单个码元误码，而往往是一串码元内存在大量误码，前后码元的误码之间表现为有一定的相关性。量误码，前后码元的误码之间表现为有一定的相关性。n混合信道：混合信道：实际的传输通道通常不是单纯的随机信道或突实际的传输通道通常不是单纯的随机信道或突发信道，而是二者兼有，或者以某个信道属性为主。发信道，而是二者兼有，或者以某个信道属性为主。4.3.1 4.3.1 概述概述二元码产生误码的情况二元码产生误码的情况二、差错控制编码方式二、差错控制编码方式(1)(1)检错重发方式检错重
45、发方式 也称为反馈重发也称为反馈重发(ARQARQ，自动重发请求自动重发请求)方式。这种方式方式。这种方式是指发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码是指发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端则根据编码规则对收到的编码信号进行检查，一旦检测出则根据编码规则对收到的编码信号进行检查，一旦检测出有错码，即向发信端发出询问信号，要求重发。发信端接有错码，即向发信端发出询问信号，要求重发。发信端接收到询问信号时，立即重发己经发生传输差错的那部分信收到询问信号时，立即重发己经发生传输差错的那
46、部分信息，直到正确收到为止。所谓发现差错，是指在若干接收息，直到正确收到为止。所谓发现差错，是指在若干接收码元中知道有一个或一些是错的，但不一定知道错误的准码元中知道有一个或一些是错的，但不一定知道错误的准确位置。确位置。(2)(2)前向纠错方式前向纠错方式 这种方式是指发信端采用某种在解码时能纠正一定程这种方式是指发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到的信度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到的信元中不仅能发现错码，还能够纠正错码。采用前向纠错元中不仅能发现错码，还能够纠正错码。采用前向纠错方式时，不需要反馈信道，也不需反复重发而延误传输方式时，
47、不需要反馈信道，也不需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利，但是纠错设各比较复杂。时间，对实时传输有利，但是纠错设各比较复杂。(3)(3)混合纠错方式混合纠错方式混合纠错是指少量错误在接收端自动纠正，差错较严混合纠错是指少量错误在接收端自动纠正，差错较严重、超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要重、超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。因此，求重发。因此，“混合纠错混合纠错”是是“前向纠错前向纠错”和和“反馈纠反馈纠错错”两种方式的混合。两种方式的混合。三、基本概念三、基本概念(1)(1)码重码重在分组编码中，每个码组内码元在分组编码中，每个码组内码元“1”“1”的数
48、目称为码组的的数目称为码组的汉明汉明(Hamming)(Hamming)重量，简称重量，简称码重码重(Code Weight)(Code Weight)。(2)(2)码距码距在分组编码中，两个等长码组对应位上取值不同的位数称在分组编码中，两个等长码组对应位上取值不同的位数称为两个码组的距离，简称为两个码组的距离，简称码距码距(Code Distanse)(Code Distanse)，又称汉明，又称汉明(Hamming)(Hamming)距离。距离。例：与例：与10011001,10011001,有有3 3个对应位取值不同，故码距个对应位取值不同，故码距d=3=3。(3)(3)最小码距最小码距
49、在由多个等长码组组成的集合中，任意两个码组之间距离在由多个等长码组组成的集合中，任意两个码组之间距离的最小值称为的最小值称为最小距离最小距离，即，即最小码矩最小码矩，用，用dmin表示。表示。最小码距的大小与信道编解码检错纠错能力密切相关，反最小码距的大小与信道编解码检错纠错能力密切相关，反映了抗干扰能力的强弱。映了抗干扰能力的强弱。(4)(4)编码效率编码效率通通常常，将将每每个个码码组组内内信信息息码码元元数数k k值值与与总总码码元元数数n n 值值之之比比=k/n=k/n称为信道编码的称为信道编码的编码效率编码效率，即，即=k/n=k/(k+r)=k/n=k/(k+r)一一般般地地，对
50、对于于分分组组码码，可可得得出出以以下下三三条条关关于于最最小小码码距距与与检错纠错能力间关系的结论。检错纠错能力间关系的结论。(1)(1)在在一一个个码码组组内内为为了了检检知知e e个个误误码码，要要求求最最小小码码距距应应满满足足dmin e+1;e+1;(2)(2)在在一一个个码码组组内内为为了了纠纠正正t t个个误误码码，要要求求最最小小码码距距应应满满足足dmin 2t+1;2t+1;(3)(3)在在一一个个码码组组内内为为了了纠纠正正t t个个误误码码并并同同时时检检知知e e个个误误码码(e et)t)，最小码距应满足最小码距应满足dmin e+t+1e+t+1。对于上述结论，